木卫三是环绕木星最大的卫星,也是太阳系最大的卫星。木卫三宽约3000英里,比水星大。如果Ganymede围绕太阳运行,它可以被视为一颗行星,这颗行星足够大,可以被自身的引力拉成一个球体。
插图:木卫三和太阳系其他天体的比较,供图片/美国宇航局
木卫三每7.16天绕木星一周。它的轨道平均距离木星66.5万英里或100万公里,而且它靠近木星赤道。木卫三是潮汐锁定,旋转时与木星同平面,这意味着木卫三的“天空”与其轨道周期相同,只有7天长。
插图:木星、木卫一和木卫二从木卫三升起空。来源:美国航天局
木卫三环绕木星的轨道非常圆,轨道倾角也最小。木卫三是木星处于稳定拉普拉斯共振状态的三颗卫星之一。木卫三绕一圈,木卫二绕两圈,木卫一绕四圈。
插图:伽利略探测器拍摄的Ganymede照片。
因为我们知道木卫二表面下有一个海洋以及它的大致体积,所以科学家们用木卫二的总密度来假设冰下有一个固体核心,其宽度是月球总直径的一半。因为木卫三的直径约为5300英里,固体核心的直径约为2650英里。
木卫三表面的一部分和太阳系一样古老,有45亿年的历史。它逐渐侵蚀的表面,奇怪的凹槽和裂缝是科学家发现它的地下海洋的原因。
插图:木卫三内部结构描述
木卫三是伽利略在1610年发现的木星的四个卫星之一。天文学家西蒙·马里乌斯将它命名为木卫三,因为一个希腊孩子为众神之王宙斯端茶倒水。木星的卫星最初是有编号的。Ganymede这个名字从一开始就是非官方的,但在19世纪初才被正式承认。
木卫三地理
我们知道木卫三在其冰冷的外表下有一片液态水的海洋。木卫三没有像地球和金星那样被放射性元素衰变加热的火山核。相反,木卫三的核心被木星和木星周围其他卫星之间的引力拔河运动加热。木卫三是已知的唯一一颗有磁场的卫星,这可能是存在融合磁芯的迹象,尽管它比地球的小得多。
插图:木卫三的内部结构
木卫三表面相对光滑,有流星撞击形成的陨石坑。然而,任何突破冰冻表面的东西都会导致水充满它。
木卫三的大气稀薄。土星的卫星土卫六有一个由碳氢化合物组成的完整大气层,包括乙烷云和甲烷雨。木卫三的大气中含有微量的氧气,这可能是表面的冰分解成氢分子和氧分子造成的。氢的逃逸速度很低,留下了氧的痕迹。此外,还有一些臭氧的痕迹,这是木星磁场驱动的粒子撞击木卫三大气层造成的。
插图:木卫一、木卫二、木卫三和木卫四的内部结构。图片由美国宇航局提供
木卫三的上部有45亿年的历史。也有很多年轻的地方有看起来像裂缝的凹槽。这种地形可能是木卫三表面缓慢移动的冰的结果,也可能是潮汐力引起的地震运动造成的,类似于地球上的构造板块。当有缝隙或裂缝时,冻结的泥浆会上升并填满裂缝,形成一个相对光滑的凹槽,可以延伸数百英里。
插图:较暗的尼克尔森区和较亮的哈帕亚吉沟之间有明显的区别。
盖伊·尼米德的主要标志是一个叫做阿纳特的大坑。然而,在木卫三上有许多较小的陨石坑。木卫三表面较老的部分和下面没有充满冰水的部分比行星表面较新的部分有更多的陨石坑。
几乎完全磨损或填满的陨石坑表明,木卫三的表面仍在随着时间的推移而变化。木卫三没有像月球一样由陨石坑造成的大山脉,因为在撞击过程中没有热的熔融岩石撞向大气层。所有出现的山脉都被磨损成了低矮的山脊。
插图:木卫三表面,来源:美国宇航局
木卫三上有生命吗?
我们不知道木卫三在它厚重冰冷的外表下是否还活着。然而,它有许多我们认为生活需要的先决条件。木卫三有液态水,这个星球上的海洋比地球上的海洋含有更多的水,尽管它的压力比太平洋马里亚纳海沟的底部高得多。它有内部融化的能量。
插图:航海家2号拍摄的木卫三背离木星一侧的马赛克图片。伽利略,一个更古老的黑暗区域,位于右上角。它与另一个黑暗的小区域马里乌斯区被更明亮、更年轻的乌鲁克古带隔开。从相对年轻的奥里西斯陨石坑喷出的冰在图像底部形成了一条明亮的辐射带。
理论上来说,木卫三是一个更稳定的生命家园,因为即使地核长时间冷却,它仍然会被木星的潮汐加热,厚厚的冰层保护任何海洋生物免受灭绝恐龙等小行星的冲击。
木卫三有一个硬核,岩石和冰混合在一起,提供了类似于底栖生物生存所需的元素,这意味着木卫三可能进化出了类似于生活在地球海洋底部,依靠海底热喷口的海洋生物。木卫三上的生命可以在没有阳光的情况下进化,因为没有什么可以穿透木卫三厚厚的冰层。在这方面,木卫三类似于木卫二,是我们太阳系中潜在的生命家园。
探索盖伊·米德
插图:木星冰月探测器将于2022年6月发射,执行为期11年的探测木星及其几颗卫星的任务
先锋10号和先锋11号都飞过了木卫三,旅行者1号在穿越太阳系的旅程中接近了木卫三。旅行者2号提供了更多关于月球大小的详细信息,正是旅行者号证明了木卫三是最大的卫星。哈勃太空望远镜空在环绕地球的轨道上发现了木卫三大气层周围稀薄的氧气。
插图:沟壑地形区新形成的撞击坑。上侧是古拉陨石坑,下侧是阿克斯陨石坑。
2005年,木星卫星探测任务被取消。木卫二/木卫三穿甲弹是一款拟建的航天器,将由木星-木卫三轨道器或木星-木卫三轨道器搭载,在木卫三表面着陆,工作方式类似于泰坦海洋探测器,为我们提供了土卫六表面的详细视图。它可以穿透木卫三表面约一米。
欧洲航天局正在设计一艘将被送往木星的航天器,该航天器将进入木卫三的轨道,但不知道它是否会将探测器降落在地面上。最初计划于2022年推出。宇宙飞船将在大约十年后到达木星。
参考材料
1.维基百科全书
2.天文术语
3.越过山脉,越过山脉
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